基于嵌入式平台的MEMS/GPS 组合导航系统实现研究

主要研究基于PC104平台的MEMS/GPS组合导航系统硬件实现方法.首先设计了对MTi-30 MEMS器件与GPS接收机的数据采集软件,基于统计分析方法分析建立了传感器的误差模型参数,构建了MEMS/GPS组合算法模型,基于MEMS惯性器件和GPS接收机实测数据确定了Kalman滤波器的系统噪声阵及量测噪声阵模型参数;然后利用实际测量数据进行了MEMS/GPS组合系统导航性能仿真;最后基于PC 104嵌入式平台,构建了MEMS/GPS组合导航系统原理样机,分别在静态和动态情况下完成MEMS/GPS组合导航算法实时测试,导航结果验证了硬件平台及导航算法的正确性.     

基于光纤陀螺的组合导航系统研究

采用基于光纤陀螺的IMU和GPS接收机,以DSP为信息处理核心,实现了GPS/TNS组合导航系统.介绍了光纤陀螺工作原理和误差模型,描述了组合导航系统并通过试验对该系统进行分析.实验结果表明,基于光纤陀螺的组合导航系统误差范围较小,可以满足较高精度的导航定位要求.     

一种惯导系统工具误差在线估计方法研究

为了在高动态条件下对惯导系统工具误差进行在线估计,提出了基于卫星导航接收机原始测量信息的惯导/卫星导航深组合导航滤波方法,该方法是以卫星导航接收机伪距和伪距率作为观测量,对惯导系统位置、速度、姿态角和陀螺、加速度计零位等误差进行实时估计,并进行闭环补偿,解决了惯导系统长航时使用时,惯导系统误差随时间快速发散等问题。经理论仿真和试验验证,该方法可以有效地抑制惯导系统误差,具有工程实用价值。     

Discussion for Deeply-coupled GPS/INS Technology

面对未来信息化、电子化战争复杂的电磁环境和高速、超高速精确制导武器发展需求,传统GPS/INS组合导航技术很难满足武器性能指标的要求.而GPS/INS深组合导航系统能在高动态和复杂电磁环境下为精确制导武器提供稳定、可靠、精确的导航信息,实现精确制导武器在复杂战场环境下对目标的精确打击.因此GPS/INS深组合技术成为近来人们的研究热点.深组合技术除了传统意义上利用GPS接收机信息修正INS之外,同时,采用INS导航数据还能对GPS接收机载波跟踪环路进行外部辅助,剔除信号中的动态信息,减小GPS接收机载波跟踪环对信号的跟踪范围,压缩环路带宽,提高接收机在高动态环境下工作稳定性和接收机抗干扰性能,以保证组合导航系统的可用性和可靠性.     

惯性卫星紧组合导航系统自主完好性算法研究

为保证组合导航系统运行的可靠性和输出导航参数的准确性,结合组合导航系统的自主完好性检测的基本算法,基于气压高度辅助下的卫星导航接收机最小二乘检测法和组合导航卡尔曼卡方检验法,提出了一种能够识别突变故障和缓变故障的组合导航系统自主完好性检测的算法,充分利用导航系统中高精度惯导系统的导航信息,实现了组合导航系统的自主完好性检测算法,提高了组合导航系统在复杂环境下的导航信息可靠性。     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

应用动画和动态图表的导航实时监测系统的设计

对在Windows平台下的实时导航监控系统中,应用 OpenGL动画和实时动态图表实现导航数据的实时可视化的设计思想和实现方法进行了研究。首先,给出了一种高效的基于Widows平台串口通信的实时导航监控系统的设计思想以及实现方法,并针对该方法进行系统性能的分析和研究,表明了导航数据实时可视化的可能性。然后,给出了导航数据可视化的原理,利用OpenGL动画和动态曲线分别实现导航的姿态参数和位置参数的具体实现方法。最后,针对具体的地形辅助组合导航实时监控系统的实现,来证明该方法实现导航数据可视化是可行的,并且对于其他的实时监控系统有一定的借鉴作用。     

惯性/星光/卫星组合导航系统可视化仿真研究及实现

组合导航可视化仿真是验证多传感器组合导航方案、算法正确性和可靠性的有效手段,可以通过曲线、图形的方式对多传感器组合导航过程进行三维直观演示。为充分验证所提出的惯性/星光/卫星多传感器组合导航系统的精度和可靠性,本文设计了基于VC++的多传感器组合导航的算法可视化仿真验证系统,采用任务分离技术分配主辅线程实现界面显示和算法运算并行工作,同时利用API函数实现高效、高速的串口传输和界面显示,提高系统的实时性。实验结果表明,本文设计的系统可以满足多传感器组合导航系统可视化仿真演示的需要,运行稳定可靠。     

基于GPS／DR的车辆导航系统研究

本文研究了GPS和航位推算系统的组合导航技术，给出了GPS／DR组合导航系统的设计方案。由GPS接收机、压电陀螺仪和车载里程仪组成的多传感器系统通过卡尔曼滤波器实现信息融合，以提高GPS／DR组合系统导航精度。同时也对GPS／DR系统的MAP图像处理、软件流程和工程实现做了简要说明。     

惯性卫星紧组合导航系统仿真分析

针对SINS/Satellites进行松组合的不足,直接利用卫星信号接收机原始测量信息(伪距、伪距率),实现紧组合,来提高组合导航系统的精度和抗干扰性。文中详细推导了紧组合导航系统的伪距、伪距率误差模型,以伪距、伪距率差作为输入进行反馈,不仅当可见星数目小于4颗的时候,可以进行反馈,保证了一定的导航精度,而且可以用INS提供导航信息辅助接收机快速捕获卫星信号,这就提高了组合导航系统的容错能力。设计了SINS卫星紧组合导航系统的Kalman滤波器,并进行仿真验证,结果表明,SINS卫星紧组合较松组合有明显优势。     

小型无人机的导航与制导仿真系统研究

研究了基于飞行器动力学模型的小型无人机的惯性组合导航与制导系统仿真技术,组合导航系统嵌入了飞行器的轨迹和姿态控制回路,建立了基于MATLAB/AEROSIM的组合导航计算机仿真系统,仿真系统包括惯性组合导航仿真模块、传感器仿真支持模块、飞行器6自由度动力学模型模块、飞行器轨迹生成、轨迹控制与姿态控制模块、导航仿真评估模块。基于该仿真系统,目前已开展惯性/卫星深组合、惯性/大气数据融合等理论算法和技术研究。     

宽体飞机前主轮协同转弯主轮控制策略设计

飞机在进行地面转弯过程中，机场道面不平、侧风等环境因素可能导致主起落架转向轮的实际转角与理论转角不符，引起前轮转角和两侧主轮转角关系不匹配，增大轮胎侧向力，主起落架受到的扭矩增加。针对上述问题，提出两侧主轮独立控制的飞机地面转弯控制策略和基于内侧主起落架转向轮为主导对象，外侧主起落架转向轮为从动对象的主从控制策略以及实时转弯角度控制算法。建立基于弹性轮胎的飞机地面转弯模型，计算飞机地面转弯时的主起落架总扭矩。通过MATLAB设置不同主轮转角偏差，对两侧主轮的独立控制策略和主从控制策略下的主起落架总扭矩进行对比，发现前者能更有效降低飞机主起落架扭矩，增加飞机地面转弯安全性以及减小起落架设计难度。     

多轮多支柱式飞机起落架运动特性仿真研究

为了评估起降阶段的飞机操控特性,针对某型飞机多轮多支柱式起落架系统,研究组成单个起落架支柱的轮胎、缓冲器、刹车系统、前轮转弯等部件的受力、力矩特性及传递过程。基于线性理论,将多个支柱运动特性叠加,运用Matlab/Simulink软件工具,建立整个系统的仿真模型。嵌入某型飞机六自由度运动解算模型进行飞机落震、加速滑跑、高低速转弯、起飞离地、着陆接地、刹车减速等仿真验证,并在某型飞机动基座模拟器上进行飞行试验。结果表明:该起落架模型各项功能完善,能够正确反映飞机姿态响应过程,飞机起降过程感受与真实飞机基本一致。     

基于ARM下VxWorks的嵌入式车载图形系统设计

为了实现嵌入式车载系统设计,采用软硬件协同设计技术路线。研究了基于ARM9的S3C2410处理器为核心的嵌入式车载软件的运行机制,包括系统硬件初始化,VxWorks操作系统内核的配置与装载,Vxworks下的LCD显示技术和触摸屏控制技术的应用实现车载仪表信息的显示与交换功能,并通过VxWorks多任务的进行控制。通过实验测试,系统随时进行车载娱乐、自主导航、信息查询等功能。方案实时性好,操作方便。     

大型水陆两栖飞机特殊任务模式对总体设计的挑战

面向森林灭火和水上救援任务设计的大型水陆两栖飞机，由于其特殊的任务模式，给设计工作带来了许多全新的挑战。首先，分析了国内森林灭火和水上救援的需求，并介绍了对应的任务模式。然后，总结了在型号研制过程中不同于常规飞机的特殊设计和相应的解决方法，具体包括：以国内供应商为主体的构型管理体系的建立、气水动一体化设计、全新的起落架布局设计、任务系统集成和效能评估、驾驶舱集成设计、设备布置和腐蚀防护设计。最后，提出了在适航审定和集成应用方面仍需重点关注的4个研究方向。     

基于模糊神经网络的智能PID控制算法

舵机控制系统存在响应速度慢、抗干扰能力差、系统参数不易整定、现有控制技术与设计方法的局限性等问题,这些问题影响了舵机的性能。为了提高制导火箭弹舵机伺服控制系统的性能,文章从舵机智能控制技术出发,研究了舵机的智能控制算法和Simulink系统仿真模型,采用模糊神经网络PID控制器来提高舵机的稳定性。仿真结果表明,模糊神经网络相比其他控制器进一步提升了舵机控制系统的控制效果。     

Application of nonlinear filtering to navigation system designusing passive sensors

The problem of navigation system design for autonomous aircraft landing is addressed. New nonlinear filter structures are introduced to estimate the position and velocity of an aircraft with respect to a possibly moving landing site, such as a naval vessel, based on measurements provided by airborne vision and inertial sensors. By exploring the geometry of the navigation problem, the navigation filter dynamics are cast in the framework of linear parametrically varying systems (LPVs). Using this set-up, filter performance and stability are studied in an H_∞ setting by resorting to the theory of linear matrix inequalities (LMIs). The design of nonlinear, regionally stable filters to meet adequate H_∞ performance measures is thus converted into that of determining the feasibility of a related set of LMIs and finding a solution to them, if it exists. This is done by using-widely available numerical tools that borrow from convex optimization techniques. The mathematical framework that is required for integrated vision/inertial navigation system design is developed and a design example for an air vehicle landing on an aircraft carrier is detailed     

基于嵌入式NT的电子导航系统的软件开发

阐述了基于ETX-CE300主板自主实现的一个嵌入式NT操作系统,在该系统下基于Microsoft驱动开发软件DDK、SDK开发的接收GPS数据、惯导数据的模块驱动及自定义键盘驱动,以及在此基础上开发的电子地图应用软件.电子导航系统不仅可以显示飞行所需要的全部航行参数,诸如经纬度位置、应飞航向、待飞距离、到达预定目标的剩余时间、偏离预定航线的偏航角和偏航距、地速、气压高度及北京时间等,而且可以通过与飞行控制系统的交联,使整个航行过程实现自动化控制.     

两种不同形式前起落架缓冲与前轮转弯性能对比研究

缓冲与前轮转弯纠偏性能对起落架设计具有重要影响。采用ADAMS软件分别建立支柱式和摇臂式前起落架的飞机刚柔耦合动力学模型,并分别对前起落架的着陆缓冲和转弯纠偏过程进行动力学仿真及对比分析。结果表明:在同种着陆工况下,支柱式比摇臂式前起落架样机在前起落架航向所受合力更大,前轮接地后的俯仰角速度和机头下沉量相差不大;支柱式比摇臂式前起落架样机在更小的操纵力矩、转弯角度和侧向加速度下就会发生飞机侧滑。研究结果可为前起落架的设计和选取提供有益参考。     

飞机地面转弯和刹车响应动力学分析

 建立了飞机地面运动的数学模型,模型中考虑机体的六自由度运动和起落架弹性;基于滑移率控制方式建立了机轮防滑刹车模型。通过仿真得出了飞机地面匀速转弯和滑跑刹车的动态响应。其结果表明,飞机匀速转弯时,其峰值出现在初始非稳态时刻;弹性起落架在着陆和刹车过程中产生走步现象;采用滑移率控制方式使飞机在整个刹车过程中取得最佳刹车性能。